常見雜音問題及形成原理知識歸納

音頻雜音對于很多音頻工作人員都是一個經常要面對，又比較頭疼的問題。主要是因為音頻雜音形成的原因多樣，問題分析的寬度比較大，不方便定位。下面我們就針對常見的雜音問題以及形成原理進行了歸納整理以方便大家揭開音頻雜音的小秘密，讓工程師對音頻問題處理起來得心應手。 ?

音頻雜音分類

音頻雜音問題從分類上講主要包含以下雜音情況： ?

?- 電信號雜音 -? ? 在電信號雜音中，比較常見的有削波雜音、采樣失真、以及音頻本身的底噪雜音引起的誤判。 ?

削波雜音

削波失真是雜音中比較常見的一種現象，具體波形如下圖。 ?

常見原因是信號經過功放放大后超過了PVDD 電壓。例如功放的放大倍數是12倍，輸入1Vp的電壓信號，功放最大放大能力是10V，那么Vout=12*1Vp>10V，那超出的電壓就會形成削波失真，對于這種情況艾為功放的AGC技術可以有效改善如下截圖。 ?

這種問題的排查思路：

直接將音量調小到一半或者1/3（降低輸入電壓），看下是否還有雜音。如果雜音有明顯改善大概率就是這個問題。

直接抓取音頻鏈路到喇叭端的電壓是否有圖中的截定失真。

注：按以往的調試經驗，在鋁膜小喇叭中，失真波形個數比較少如1-3個波形，在消費者耳中不會清晰感覺出雜音。 ? ?- 采樣率不夠引起的底噪雜音 -? ? 采樣率不夠引起的底噪雜音是另一種比較常見的底噪雜音，但是很多音頻工作者不太容易發現。其主要現象是播放出來的聲音底噪聲很大，單獨試聽音源又沒有問題，用比較小的聲音可以聽到很大的底噪。具體波形如下圖。 ?

在我們講清楚這個原因前，我們首先要搞清楚位深的概念。位深（Bit depth）也被稱為采樣精度，單位為Bit，位深影響信號的信噪比和動態范圍，如果說采樣頻率是對聲波水平進行的X軸切割，那么量化精度（位深）則是對Y軸的切割，最大振幅切成2的n次方計算（2倍換算成dBB相當于6dBB），n就是Bit數，1Bit也稱為1位，常見的位數選擇有16Bit、24Bit。根據取樣定理，一個波形周期中至少要采樣2個點才能描述一個波形。對于16Bit采樣，-78dBB以下的信號，最多有兩個點，所以會形成采樣失真導致底噪偏大。 ? -?喇叭雜音 - ? 喇叭本身的雜音問題，應該是最普遍的一種雜音現象，問題形成原因也較多，常見以下幾種情況： ?

1. FPC 共振雜音

如下截圖位置。

2. 喇叭超振幅和線圈打磨磁鋼

如下是喇叭的結構圖，當喇叭振幅超過額定振幅時，這個時候會拉動線圈或者線圈羊角產生比較大的形變，導致機械失真，引起雜音。尤其是側出音喇叭，當喇叭在大振幅下振動，由于空氣流通，出音孔處的氣壓和距離出音孔較遠的位置氣壓有壓強差，進一步引起形變，如果線圈和磁鋼距離較少，則會導致線圈打磨磁鋼引起雜音。 ?

3. 喇叭THD失真大

在喇叭選型中，有的喇叭本身較差也會導致雜音天然比較大。 ? ?

4. 防塵網

如果在使用過程中，防塵網沒有貼牢固、貼偏了、或者防塵網的透氣性過差也會導致喇叭雜音。 ?

5. 泄露孔

在實驗或者裝配過程中不小心堵住了泄漏孔或者泄漏孔開孔過大也會導致喇叭雜音。 ?

6. 漏氣

常見的用人工點膠的工程樣品、超聲密封沒有做好的喇叭或者是結構音腔沒有做好組裝、泡棉厚度不夠，均會引起漏氣產生音頻雜音。 ? ? 當然還有喇叭內部出音沒有做好或者后音腔太小等等原因均可導致雜音。此類問題的常見分析思路：

測試組裝好的喇叭失真曲線，容易提前發現一些大的喇叭問題

窮舉法，對以上容易導致漏氣的位置人工檢查

對喇叭進行振幅測試

資深的工程師可以通過不同電壓下掃頻測試試聽，快速定位問題

- 應用器件雜音 - ? 音頻是一整個系統，如果外圍器件出現異常，也會導致雜音，比較常見的有以下幾種情況： ?

1. 磁珠引起的雜音

如上圖為磁珠的等效公式，經過七七四九天的解方程可得如下公式： ?

*式

具體來說，對于手機音頻線路常用磁珠，根據經驗，其電感量一般較低（600Ω磁珠電感量約1uH），在音頻頻段的感抗X=2πfL較小，即使在磁化過程中發生100%的變化，X2相對于R2也可忽略，因此上述*式中，表征電流波形幅度的部分可視為恒定值而無須分析，X的變化主要影響電流波形的相位。 ? 當磁珠上加載正弦電壓V0（t）時，磁珠磁化產生的磁通φ0（t）為正弦曲線，然而，由于磁性材料的磁滯特性，形成如φ0（t）所示正弦曲線的實際磁場并非完美正弦磁場，根據磁性材料的磁化曲線——磁滯回線可得到磁珠上實際的磁場，又由于磁場與磁化電流成正比，由此得到電流波形I（t）?？梢姶胖樯系碾娏鞑ㄐ伟l生了嚴重的畸變。由此可以得出磁珠致音頻線路THD超標的原因是磁性材料的磁滯特性。表現為在以一定頻率一定幅度信號測試磁珠的電感量，若電感量變化較大，則THD較高。尺寸越小、阻抗越高的磁珠磁滯特性越明顯。所以對于音頻磁珠的選型可以重點關注磁珠的遲滯特性。 ?

解決方案：

尋找合適的磁珠做替換

如果是FM 模式下的干擾，導致需要輸出端加磁珠，艾為的AW87390功放可以支持AB類模式，在FM模式下使用AB類模式可以解決干擾問題，這種情況下可以省掉磁珠

2. 嘯叫

嘯叫一般有兩種，電容嘯叫和電感嘯叫。 ? 電容嘯叫：電容嘯叫實際上是電容的壓電效應導致了PCB的形變。因此，抑制電容嘯叫的主要措施是抑制或者抵消PCB的形變。比如，可以將引起嘯叫的電容在同一面，以不同的角度擺放，或者將其在正反兩面，正對著擺放。 ? 電感嘯叫：由于負載不穩定、輕載過載或者感值容值不合適等因素，開關電源自我調節，不同芯片有不同處理方式：有的降低頻率，有的周期性丟脈沖即表現為間歇工作，導致電感的phase不穩定，輸出開關電流的頻率落入音頻范圍，或者周期性方波群的周期頻率落入音頻范圍，形成嘯叫。對于這種問題的處理一般是更換器件，或者調整器件參數等綜合考量來解決。 ?

3. TDD

對于TDD 的形成原因，艾為的很多功放的規格書都有描述，這里做直接的引用，內容如下截圖。在2018年之前這種問題比較常見，后面艾為功放新的功放全系列對產品PSRR做了迭代升級，目前都可以做到-80dB 以上，目前比較少見。 ? 解決思路：

判斷來源是傳導還是輻射

傳導判斷電源還是回路走線導致

輻射判斷增加屏蔽、增加輸入輸出電容

選用高PSRR 的功放

TDD Noise產生的原因 ? GSM蜂窩電話采用TDMA：Time Division Multiple Access(時分多址)時隙分享技術。時分多址把時間分割成周期性的幀，每一個幀再分割成若干個時隙向基站發送信號，基站發向多個移動終端的信號也都按順序安排在預定的時隙中傳輸。這其中每個TDMA幀含8個時隙，整個幀時長約為4.615ms，每個時隙時長為0.577ms。 ? GSM制式的手機，RF功率放大器每隔4.615ms（217Hz）就會有一次訊號傳輸，訊號傳輸時會產生間歇的Burst電流和很強的電磁輻射。間歇的Burst電流會形成217Hz的電源波動，900MHz和1800MHz的高頻RF信號形成了217Hz的射頻包絡信號。217Hz的電源波動會通過傳導耦合到音頻訊號通路中，217Hz的射頻包絡信號會通過輻射耦合到音頻訊號通路中，如果防護不好，就會產生可聽到的TDD Noise，其中包括了217Hz噪聲和217Hz的諧波噪聲信號。 ?

GSM射頻工作時電源電壓和RF信號示意圖

RNS技術通過艾為特有的電路架構對傳導和輻射的干擾進行了全方面的抑制。有效提高對TDD Noise的抑制能力。 ? - 超聲交調雜音 - ? 形成機理如下：超聲信號耦合到音頻帶內，當不同頻率的信號進入放大器被放大時，在非線性作用下，會產生與有用信號頻率相同或相近的頻率組合，自動相加和相減，產生出兩個在原訊號中沒有的額外訊號，從而對通信系統構成的一種干擾，音頻系統很難做成一個絕對線性的系統，會有一定的非線性存在。當超聲信號和語音信號同時存在經過音頻系統會產生很多的交調分量，對于聲音表現上就會判定為雜音。

- 異常雜音 - ? 產品最終歸宿一定是走向市場，在萬千人員使用中，必然會有售后問題，在售后問題中也會經常遇到雜音的反饋，結合下圖我們的BOOST 電路典型圖，常見的雜音原因有：

SW與PVDD 異常短路，BOOST?升壓電路異常，功放輸出異常引起雜音

電感損傷如電感阻值異常變大，引起輸出降低，引起雜音

PVDD 電容損傷，功放輸出端缺乏穩壓源，引起雜音

- 低電量雜音 - ? 低電量雜音也是一種比較常見的雜音，對于Chargepump 升壓和BOOST 升壓有兩種不同的分析機理。 ?

1. Chargepump 升壓

電容升壓功放的升壓是基于供電電壓VDD的倍數關系來做的升壓，常見有1.5倍、2倍、3倍升壓。隨著電池電量的降低，電池的輸出電壓也會降低。以手機為例，滿電一般是4.4V 電壓輸出，電量到10%以下輸出就只有3.6-3.8V 的電壓，功放輸出電壓的變化為： ? Vout滿電=1.5*4.4=6.6V（一般6V功放，會把輸出電壓限制在6V左右） Vout低電=1.5*3.6=5.4V ? 此時低電量情況的削波失真會高于滿電量的削波失真，如果工程師測試的時候一直是滿電狀態，就會忽略掉這種情況，引起低電量雜音。 ? 解決方案：

在測試環節納入低電量測試

調整輸入電壓

調整功放放大倍數

2. BOOST 升壓

BOOST 升壓相比Chargepump 升壓會有穩定的電壓輸出，但是同樣會加大在低電量時候的電流抽取。以5W輸出為例，假設功放效率η=80%，同樣引用上面的電池電量對應峰值電流關系換算。 ? I滿電=5/（η*Vin）*2=2.82A I低電=5/（η*Vin）*2=3.46A ? 為了方便理解，以上公式沒有考慮Rdson等因素，可以看到低電的抽電流要比滿電時候大很多，此時功放輸入電壓VDD 電壓也會下降，若VDD電壓小于功放關斷電壓，則會導致功放進入抽電關斷，停止抽電功放打開的循環現象，從現象上看就是機器咔噠咔噠的雜音，若整機電流不足，則可能導致整機供電不足，引起關機。 ? 解決方案：

注意VDD走線不要太長，太長VDD 走線阻抗偏大，分壓也會偏大

艾為的BOOST功放都會搭配我們的低電量算法，可引入算法解決

在選型階段一定要注意電池的供電電流是否和功放抽電流適配

音頻雜音問題嘗嘗要系統的去考慮，包含平臺、功放、線路、喇叭等，單一的思考往往會讓工程師陷入誤區，問題遲遲無法得到根本解決。以上是我們對常見問題問題的一些歸納總結，并不是音頻雜音問題的全部，例如：信號干擾、平臺+線路+功放的組合雜音問題等疑難問題因為篇幅沒有做過多的介紹。

審核編輯：黃飛